RU2324268C1

RU2324268C1 - Broadband zigzag antenna

Info

Publication number: RU2324268C1
Application number: RU2007106667/09A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Милкин (RU); Владимир Иванович Милкин; Сергей Александрович Демиденко (RU); Сергей Александрович Демиденко
Priority date: 2007-02-21
Filing date: 2007-02-21
Publication date: 2008-05-10

Abstract

FIELD: antenna engineering.

SUBSTANCE: broadband zigzag antenna includes incomplete zigzag vibrator composed of two identical open triangular frames. The frames are positioned in vertical plane one above another. Each triangular frame of the incomplete zigzag vibrator is additionally equipped with two identical closed triangular frames. These closed triangular frames have common base. This common base coincides with the base of triangular frames of said incomplete vibrator. Sides of the closed triangular frames are equal to sides of open triangular frames. Being closed by pairs said triangular frames form a rhomb in horizontal plane. These rhombs play the role of capacitive loads.

EFFECT: creation of broadband electrical monoantenna with inalterable double-sided pattern in horizontal plane in the range of operating frequencies for receiving and transmitting linearly polarized electromagnetic waves.

7 dwg

Description

Изобретение относится к антенной технике, в частности к широкополосным зигзагообразным антеннам (преимущественно метрового и дециметрового диапазона длин волн), и может использоваться в радиотехнических системах различного назначения, например в радиопеленгации, в качестве самостоятельной электрической антенны с неизменной формой диаграммы двусторонней направленности в горизонтальной плоскости в полосе рабочих частот.The invention relates to antenna technology, in particular to broadband zigzag antennas (mainly meter and decimeter wavelengths), and can be used in radio systems for various purposes, for example in direction finding, as an independent electric antenna with an unchanged two-directional pattern in the horizontal plane in operating frequency band.

Известен симметричный электрический вибратор (Марков Г.Т. Антенны. - М.: Госэнергоиздат, 1960, стр.30-41), представляющий собой прямолинейный цилиндрический проводник, запитываемый в центре, который обладает при длине полувибраторов, равной λ/4, ярко выраженной двусторонней восьмерочной диаграммой направленности.The well-known symmetric electric vibrator (Markov G.T. Antennas. - M .: Gosenergoizdat, 1960, p. 30-41), which is a straight cylindrical conductor, fed in the center, which has a pronounced length of half-vibrators equal to λ / 4, is pronounced double-sided eight-directional pattern.

Однако при изменении рабочей частоты форма диаграммы направленности также изменяется и при длине полувибратора, равной λ, в направлении, перпендикулярном оси вибратора, появляется глубокий провал до 0.However, when the operating frequency changes, the shape of the radiation pattern also changes and when the length of the half-vibrator is equal to λ, a deep dip to 0 appears in the direction perpendicular to the axis of the vibrator.

Известны рамочные магнитные антенны (Долуханов М.П. Антенны излучают! - М.: «Связь», 1973, стр.47-54), обладающие стабильной формой двусторонней диаграммы направленности, сохраняющие свои параметры при периметре, равном около 0,1·λ, но не обеспечивающие должного коэффициента усиления.Frame magnetic antennas are known (Dolukhanov MP Antennas emit! - M .: Svyaz, 1973, pp. 47-54), which have a stable shape of a two-sided radiation pattern, retaining their parameters at a perimeter equal to about 0.1 · λ but not providing the proper gain.

Известна широкополосная петлевая антенна (Пат. РФ №2212081, опубл. 07.09.2002), содержащая две проводящие петли, расположенные в одной плоскости и ориентированные своими концами навстречу друг другу, две идентичные проводящие дугообразные перемычки, расположенные в плоскости петель и направленные выпуклостью внутрь петель, согласующий трансформатор, имеющий два противофазных входа, соединенных с первыми концами петель, и цепочку из последовательно соединенных резистора и катушки индуктивности, включенных между вторыми концами первой и второй петель, при этом концы первой и второй перемычек соединены с проводниками первой и второй петель на расстояниях соответственно 0.08...0.12 и 0.32...0.48 периметра отдельной петли, которая при всей сложности и уменьшает частотную зависимость импеданса антенны, а также не обеспечивает неизменности формы диаграммы направленности в рабочем диапазоне длин волн.Known broadband loop antenna (Pat. RF №2212081, publ. 07.09.2002), containing two conductive loops located in the same plane and oriented with their ends towards each other, two identical conductive arcuate jumpers located in the plane of the loops and directed convex inside the loops matching transformer having two antiphase inputs connected to the first ends of the loops, and a chain of series-connected resistors and inductors connected between the second ends of the first and second loops, while the ends of the first and second jumpers are connected to the conductors of the first and second loops at distances of 0.08 ... 0.12 and 0.32 ... 0.48, respectively, of the perimeter of a separate loop, which, for all complexity, reduces the frequency dependence of the antenna impedance and also does not provide immutability radiation pattern shapes in the operating wavelength range.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является двойная треугольная антенна (Онищенко И.П. Приемные телевизионные антенны. - М.: ДОСААФ, 1989, стр.84-85), содержащая зигзагообразное полотно из двух одинаковых незамкнутых треугольных рамок, расположенных в одной вертикальной плоскости одна над другой, повернутых друг к другу незамкнутыми углами, которые соединены между собой с образованием точек питания.Closest to the technical nature of the claimed invention is a double triangular antenna (Onishchenko IP, Received television antennas. - M .: DOSAAF, 1989, pp. 84-85), containing a zigzag fabric of two identical open triangular frames located in one vertical plane one above the other, turned to each other by open corners, which are interconnected with the formation of power points.

Недостатками прототипа являются сравнительно узкая рабочая полоса частот и изменение формы двусторонней диаграммы направленности в горизонтальной плоскости в зависимости от изменения частоты в рабочем диапазоне волн.The disadvantages of the prototype are a relatively narrow working frequency band and a change in the shape of a two-sided radiation pattern in the horizontal plane, depending on the frequency change in the operating wavelength range.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое решение, состоит в создании широкополосной электрической моноантенны с неизменной формой двусторонней диаграммы направленности в горизонтальной плоскости в полосе рабочих частот для приемо-передачи электромагнитных волн линейной поляризации.The technical result, the achievement of which the proposed solution is directed, consists in creating a broadband electric mono antenna with an unchanged shape of a two-sided radiation pattern in the horizontal plane in the operating frequency band for the reception and transmission of linearly polarized electromagnetic waves.

Это достигается тем, что в широкополосной зигзагообразной антенне, содержащей неполный зигзагообразный вибратор, состоящий из двух одинаковых незамкнутых треугольных рамок, расположенных в одной вертикальной плоскости одна над другой, соединенных друг с другом с образованием точек питания и имеющих по две одинаковых боковых стороны и основанию, каждая незамкнутая треугольная рамка неполного зигзагообразного вибратора дополнительно снабжена двумя одинаковыми замкнутыми треугольными рамками с боковыми сторонами, равными боковым сторонам незамкнутых треугольных рамок, и образующими попарно в плоскости, перпендикулярной плоскости неполного зигзагообразного вибратора, плоскостную фигуру ромб, и имеющими общее основание, совпадающее с основанием незамкнутых треугольных рамок неполного зигзагообразного вибратора, противолежащие общим основаниям углы в замкнутых треугольных рамках соединены друг с другом и с серединой общего основания проводником.This is achieved by the fact that in a broadband zigzag antenna containing an incomplete zigzag vibrator, consisting of two identical open triangular frames located in the same vertical plane one above the other, connected to each other with the formation of power points and having two identical sides and base, each open triangular frame of an incomplete zigzag vibrator is additionally equipped with two identical closed triangular frames with sides equal to one hundred to the corners of open triangular frames, and forming in pairs in a plane perpendicular to the plane of an incomplete zigzag vibrator, a planar figure of a rhombus, and having a common base coinciding with the base of open triangular frames of an incomplete zigzag vibrator, the corners opposite to common bases in closed triangular frames are connected to each other and the middle of the common base is the conductor.

Отличительными признаками предлагаемой антенны от указанной выше известной, наиболее близкой к ней, является наличие в ней двух емкостных нагрузок, выполненных в виде плоскостных фигур ромбов, каждый из ромбов составлен из двух одинаковых замкнутых треугольных равнобедренных рамок с общим основанием, совпадающим с основанием незамкнутых треугольных рамок неполного зигзагообразного вибратора. Боковые стороны замкнутых треугольных рамок равны боковым сторонам незамкнутых треугольных рамок неполного зигзагообразного вибратора. Ромбы расположены в плоскости, перпендикулярной плоскости неполного зигзагообразного вибратора. Углы, противолежащие общему основанию в замкнутых треугольных рамках, соединены между собой и с серединой общего основания проводником.Distinctive features of the proposed antenna from the above known, closest to it, is the presence of two capacitive loads in it, made in the form of planar figures of rhombuses, each of the rhombuses is composed of two identical closed triangular isosceles frames with a common base coinciding with the base of open triangular frames incomplete zigzag vibrator. The sides of the closed triangular frames are equal to the sides of the open triangular frames of the incomplete zigzag vibrator. Diamonds are located in a plane perpendicular to the plane of an incomplete zigzag vibrator. The angles opposite the common base in closed triangular frames are connected to each other and to the middle of the common base by a conductor.

Благодаря наличию этих признаков обеспечены неизменная форма двусторонней диаграммы направленности антенны в широком диапазоне частот, эффект укорочения, а также эффект расширения полосы пропускания в более низкочастотную часть.Due to the presence of these signs, an unchanged shape of the two-sided antenna pattern in a wide frequency range, a shortening effect, as well as the effect of expanding the passband to the lower frequency part are ensured.

Предлагаемая широкополосная зигзагообразная антенна иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-7.The proposed broadband zigzag antenna is illustrated by the drawings shown in figures 1-7.

На фиг.1 представлен общий вид антенны, на фиг.2 - диаграмма направленности антенны-прототипа, на фиг.3 - график зависимости сопротивления антенны-прототипа от частоты, на фиг.4 - график зависимости коэффициента усиления антенны-прототипа от частоты, на фиг.5 - диаграмма направленности предлагаемой антенны, на фиг.6 - график зависимости коэффициента усиления предлагаемой антенны от частоты, на фиг.7 - график зависимости сопротивления предлагаемой антенны от частоты.Figure 1 presents a General view of the antenna, figure 2 is a radiation pattern of the antenna of the prototype, figure 3 is a graph of the resistance of the antenna of the prototype on the frequency, figure 4 is a graph of the gain of the antenna of the prototype on the frequency, figure 5 is a radiation pattern of the proposed antenna, figure 6 is a graph of the gain of the proposed antenna from frequency, figure 7 is a graph of the resistance of the proposed antenna from frequency.

Широкополосная зигзагообразная антенна (фиг.1) содержит неполный зигзагообразный вибратор (не обозначен), состоящий из двух одинаковых незамкнутых треугольных рамок 1, 2. Рамки 1, 2 расположены в одной вертикальной плоскости одна над другой и соединены друг с другом с образованием точек питания 17 (фиг.1). Треугольная рамка 1 дополнительно снабжена двумя одинаковыми равнобедренными замкнутыми треугольными рамками 3, 4 (фиг.1), которые имеют общее основание 7. Это же основание 7 является и основанием незамкнутой треугольной рамки 1. Боковые стороны 11 треугольной рамки 1 равны боковым сторонам 12 рамки 3 и боковым сторонам 13 рамки 4. Рамки 3, 4 расположены в плоскости, перпендикулярной плоскости неполного зигзагообразного вибратора, т.е. горизонтально, и образуют в этой плоскости плоскостную фигуру ромб. Противолежащие общему основанию 7 углы α в треугольных рамках 3, 4 соединены между собой и одновременно с центром общего основания 7 проводником 9. Треугольная рамка 2 также дополнительно снабжена такими же одинаковыми равнобедренными замкнутыми треугольными рамками 5, 6, которые имеют общее основание 8 (фиг.1). Это же основание 8 является и основанием незамкнутой треугольной рамки 2. Боковые стороны 14 треугольной рамки 2 равны боковым сторонам 15 треугольной рамки 5 и боковым сторонам 16 рамки 6. Рамки 5, 6 расположены также в плоскости, перпендикулярной плоскости неполного зигзагообразного вибратора, т.е. горизонтально, и образуют в этой плоскости плоскостную фигуру ромб. Противолежащие общему основанию 8 углы α в треугольных рамках 5, 6 также соединены между собой и одновременно с центром общего основания 8 проводником 10.Broadband zigzag antenna (figure 1) contains an incomplete zigzag vibrator (not indicated), consisting of two identical open triangular frames 1, 2. Frames 1, 2 are located in one vertical plane one above the other and connected to each other with the formation of power points 17 (figure 1). The triangular frame 1 is additionally equipped with two identical isosceles closed triangular frames 3, 4 (Fig. 1), which have a common base 7. The same base 7 is also the base of an open triangular frame 1. The sides 11 of the triangular frame 1 are equal to the sides 12 of the frame 3 and the sides 13 of the frame 4. The frames 3, 4 are located in a plane perpendicular to the plane of the incomplete zigzag vibrator, i.e. horizontally, and form in this plane a planar figure rhombus. The angles α opposite the common base 7 in a triangular frame 3, 4 are connected to each other and simultaneously with the center of the common base 7 by a conductor 9. The triangular frame 2 is also additionally equipped with the same identical isosceles closed triangular frames 5, 6, which have a common base 8 (Fig. one). The same base 8 is also the base of an open triangular frame 2. The sides 14 of the triangular frame 2 are equal to the sides 15 of the triangular frame 5 and the sides 16 of the frame 6. The frames 5, 6 are also located in a plane perpendicular to the plane of the incomplete zigzag vibrator, i.e. . horizontally, and form in this plane a planar figure rhombus. The angles α opposite to the common base 8 in the triangular frames 5, 6 are also connected to each other and simultaneously with the center of the common base 8 by the conductor 10.

Широкополосная зигзагообразная антенна работает следующим образом.Broadband zigzag antenna works as follows.

Неполный зигзагообразный вибратор, состоящий из двух одинаковых незамкнутых треугольных рамок 1, 2, работает в широком диапазоне частот. Дополнительное снабжение каждой из треугольных рамок 1 и 2 двумя одинаковыми замкнутыми треугольными рамками соответственно 3, 4 и 5, 6, которые попарно образуют в горизонтальной плоскости плоскостные фигуры ромбы, приводит к более оптимальному распределению токов во всем диапазоне рабочих частот в треугольных рамках 1, 2 неполного зигзагообразного вибратора и обеспечивает двустороннюю без провалов в высокочастотной части направленность антенны классического типа в виде восьмерки во всем рабочем диапазоне длин волн, а также ее стабильную форму во всем рабочем диапазоне частот при линейной поляризации. Кроме того, построенные попарно из дополнительных одинаковых замкнутых треугольных рамок 3, 4 и 5, 6 ромбы выполняют роль емкостных нагрузок и обеспечивают не только эффект укорочения, но и расширяют диапазон частот работы с неизменной (однообразной) диаграммой направленности всей антенны.An incomplete zigzag vibrator, consisting of two identical open triangular frames 1, 2, operates in a wide frequency range. The additional supply of each of the triangular frames 1 and 2 with two identical closed triangular frames 3, 4 and 5, 6, respectively, which pairwise form planar rhombus figures in the horizontal plane, leads to a more optimal distribution of currents in the entire range of operating frequencies in triangular frames 1, 2 an incomplete zigzag vibrator and provides a directional antenna of the classical type in the form of a figure eight-sided without failures in the high-frequency part in the entire operating wavelength range, as well as its stable shape over the entire operating frequency range with linear polarization. In addition, rhombuses constructed in pairs from additional identical identical closed triangular frames 3, 4, 5, 6 play the role of capacitive loads and provide not only a shortening effect, but also expand the frequency range with an unchanged (uniform) radiation pattern of the entire antenna.

Преимущества предлагаемой антенны по сравнению с антенной-прототипом наглядно представлены на чертежах (фиг.2-7). Из них следует, что предлагаемая антенна работает в широком диапазоне частот с неизменной диаграммой направленности (фиг.5), что очень важно для радиопеленгации. Кроме этого, для предлагаемой антенны характерно постоянство коэффициента усиления во всем рабочем диапазоне частот (фиг.6). Изменения активной и реактивной составляющих входного сопротивления предлагаемой антенны практически остаются постоянными во всем диапазоне длин радиоволн, за исключением узкого участка, который может быть сдвинут путем пропорционального изменения геометрических размеров антенны (фиг.7).The advantages of the proposed antenna compared to the prototype antenna are clearly shown in the drawings (Fig.2-7). It follows from them that the proposed antenna operates in a wide frequency range with a constant radiation pattern (Fig. 5), which is very important for direction finding. In addition, the proposed antenna is characterized by the constancy of the gain throughout the operating frequency range (Fig.6). Changes in the active and reactive components of the input impedance of the proposed antenna practically remain constant over the entire range of radio wavelengths, with the exception of a narrow section that can be shifted by proportionally changing the geometric dimensions of the antenna (Fig. 7).

Claims

A broadband zigzag antenna containing an incomplete zigzag vibrator, consisting of two identical open triangular frames located in the same vertical plane one above the other, connected to each other to form power points and having two identical sides and a base, characterized in that each open the triangular frame of the incomplete zigzag vibrator is additionally equipped with two identical closed triangular frames with sides equal to the side m of open triangular frames, and forming in pairs in a plane perpendicular to the plane of an incomplete zigzag vibrator, a planar figure of a rhombus, and having a common base coinciding with the base of open triangular frames of an incomplete zigzag vibrator, the corners opposite to common bases in closed triangular frames are connected to each other and the middle of the common base is the conductor.